通过GGA+U近似方法对立方钙钛矿CaLO3（其中L=Ge和Sn）的磁性和光电性质进行建模

《Journal of the American Ceramic Society》：Modeling the magnetic and optoelectronic properties of cubic perovskites CaLO3 (L = Ge and Sn) via GGA+U approximation

钙基氧化物CaGeO3和CaSnO3的结构稳定性、机械性能及光电特性通过DFT计算验证，显示间接宽禁带半导体特性（2.90-2.91eV），具备高光吸收和低反射特性，适用于UV器件及光伏、燃料电池。首次全面计算其未经验证的力学、电子和光学特性。

　　

摘要

本文详细介绍了基于第一性原理的计算研究工作，探讨了钙基CaLO₃（L = Ge和Sn）氧化物钙钛矿的结构、机械和光电特性。该研究采用密度泛函理论（DFT）并通过WIEN2K软件进行模拟。Birch–Murnaghan拟合优化结果表明CaGeO₃和CaSnO₃化合物具有结构稳定性。为了研究电子性质，我们使用了改进的Becke–Johnson势能模型，并结合GGA+U近似方法进行模拟。在X–M对称性下，这两种分子的能带结构均表现出宽禁带半导体特性，其中CaGeO₃的间接带隙为2.90 eV，CaSnO₃的间接带隙为2.91 eV。能带结构及各种电子态的贡献是通过态密度计算确定的，其结果与电子能带结构优化结果完全一致。通过IRelast软件模拟弹性常数，进一步验证了这些化合物的弹性稳定性和原子间键合特性。这些化合物的弹性特性包括机械稳定性、各向异性、抗划痕硬度以及对塑性变形的优异抵抗力。宽禁带半导体的特性为分析这两种钙钛矿的光学性质提供了重要线索。实验表明，这些化合物在高能量下具有优异的光学导电性和吸收能力；而在较低能量范围内，它们对入射光子是透明的。我们的研究结果表明，由于这些化合物具有较低的能量吸收率和高达60%的反射率，它们可以应用于高能紫外器件。据我们所知，这是首次对CaLO₃（L = Ge和Sn）进行全面的计算研究，并首次获得了未经实验验证的机械、电子和光学特性数据。根据这些分子的电子和光学特性，可以预测它们在光伏和燃料电池领域具有潜在的应用价值。

利益冲突声明

作者声明不存在任何利益冲突。